EIPC Technical Snapshot线上研讨会
汽车电子技术领域新型激光制造工艺
“夏天结束了，现在又该回归工作了！”这是9月14日第18届EIPC Technical Snapshot线上研讨会的开场白。此次研讨会的主题是汽车电子技术新发展，由EIPC总裁Alun Morgan主持。
Fraunhofer激光技术研究所薄膜处理专家 Jonas Mertin
第一位演讲人是Fraunhofer激光技术研究所薄膜处理专家Jonas Mertin，他的演讲题目是《结合增材制造和传感器的全打印智能元器件》。
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Jonas Mertin
他介绍了如何通过薄膜处理来增强打印电子产品，以及嵌入式传感器中绝缘及导电涂层的性能和功能，并给出了两种方法：已涂覆元器件表面的激光改性，以及通过涂覆和热后处理的薄膜增材生产。
他详细说明了第二种方法的处理工序：表面预处理、溶胶凝胶或纳米颗粒分散体的化学沉积、激光干燥和激光功能化。该方法不涉及批处理或真空处理，能够自动在线操作。资源高效、灵活且成本低。功能材料可以涂敷于基材的选定区域，实现批量产品的个性化生产，可用于聚酯箔等温度敏感性基材。
对集成功能元器件的需求持续增加。Mertin展示了打印传感器的若干应用和集成概念，并提到Fraunhofer的“超越4.0”灯塔项目，该项目致力将传统生产方法与面向未来的技术和数字制造方法相结合，以开发汽车生产等市场相关应用领域的新策略及创新工艺。在他所举的案例中，用于材料增材打印和激光烧蚀材料的数字模块已集成到现有工艺，以将压电早期碰撞报警传感器集成到车门结构中，使用激光构建嵌入打印层，打印和激光干燥介电绝缘层，在绝缘层上打印和激光固化导电层。进一步的案例是用于大功率电子器件的嵌入式应变仪和功能层。将功能直接打印到半成品或成品元器件上是一种易于实现自动化的制造方法，也可用于向3D打印元器件添加各种功能。Mertin的总结性案例不仅是终端产品，也是3D打印铣刀工具，打印和激光烧结的应变仪嵌在切削头后。
德国IQ evolution业务发展副总裁 Christopher Rocneanu
第二位演讲人是德国IQ evolution业务发展副总裁Christopher Rocneanu，他介绍了一种大功率电子元器件热管理新方法，详述了3D打印液冷不锈钢散热器的生产和应用。为什么用不锈钢代替铜或铝？答案不仅在于它的耐腐蚀性，还在于它能够通过选择性激光熔化形成超薄壁结构。无工具制造过程包括由3D-CAD文件驱动的激光设备逐层熔化不锈钢粉末，可以实现壁厚为150μm的复杂无泄漏形状，而铜或铝的等效几何形状需要800μm以上。
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Christopher Rocneanu
该工艺不仅可以实现快速样品生产，而且适合批量生产。
金属粉末被涂敷成超薄层，并通过激光束熔化，在激光熔化粉末的点处形成均匀的金属结构。粉末的剩余区域保持不变，可在工艺结束时清除。几何形状是光束直径、粉末粒度、层厚度、激光束速度和功率以及选定连续扫描之间间隔的函数。由此工艺形成的不锈钢散热片能够以极低的热阻抗耗散大量热负荷。
由于3D打印工艺的灵活性，实际上没有标准产品，但他展示了许多工业和汽车应用中常用的冷却器设计案例。
汽车电子产品中，通常要求散热器在低于其工业等效物的冷却液压力下工作，因此已对其进行了调整，以实现更高的流速。Rocneanu展示了一系列性能对比图。
汽车应用的关键好处是，这些薄壁不锈钢冷却器可以显著减轻质量。他举的案例是耗电1.5千瓦，但质量只有28克的冷却器。不锈钢材料可以使用焊接或铜/银烧结实现其与模块的连接。
减轻质量和节省空间的极端案例是卡车用DC/DC转换器，其总功率为210千瓦，功耗为4.4千瓦。从传统的冷板到3D打印散热器的变化，使转换器能够装入有限的空间，质量减轻了97%。
以色列ioTech集团业务发展总监 Ralph Birnbaum
以色列ioTech集团业务发展总监Ralph Birnbaum是最后一位演讲人，题目为《电子产品的数字批量制造——打破模具》，主题是使用无喷嘴激光喷射技术打印无法打印的材料。
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Ralph Birnbaum
他回顾了限制目前增材制造技术的基本挑战。由于电子制造批准和认证的材料通常过于黏稠，因此增材制造仅用于样品生产。
他介绍了连续激光辅助沉积技术，该技术基于激光诱导正向转移技术，专为增材制造开发。该技术于2021年获得productronica创新奖。
该技术基本包括将任何黏度的材料涂覆到透明载体膜上，在激光下将涂覆面朝下传递。聚焦激光能量的短脉冲从上方撞击载体，将一致的材料液滴释放到下方的基材上，然后可以在线烧结或固化。
该技术能够以高分辨率打印聚合物、硅酮、陶瓷、金属、焊料和粘合剂等其他无法打印的工业材料。可以以每小时700万点的速度、以每秒1米的线速度同时打印多达5种材料（包括聚合物、金属和陶瓷等）。
Birnbaum展示了一系列已成功打印的材料，分辨率低至25μm，添加剂尺寸从2μm到20μm不等。在线固化选项包括热固化或UV固化，可使用激光烧结或激光烧蚀进行表面处理。他说这种环保技术提供了丝网印刷的生产力，具有点涂的灵活性和喷射的精密性，拥有成本低，维护简单，且无需昂贵的耗材。
在讨论印制电路制造和电子组装中的应用时，他展示了FR-4基板单层PCB上的概念验证，可在同一工作台打印金属走线和阻焊膜。演示了以每秒10000滴以上的速度涂敷银膏的芯片黏结，比点涂工艺快得多， SMT组装可以每秒2000滴以上的速率打印高分辨率焊膏，同样也比点涂快得多。
可以打印分辨率低至50μm的各种粘合剂，可以通过以5μm精度重叠均匀分布和完全对准的液滴来实现以前无法打印的设计。如有必要，可在单个设计中加入多种粘合剂。
除了裸PCB上的阻焊膜外，连续激光辅助沉积技术还能以50μm的精度在PCB组件上选择性沉积多种涂层材料和密封剂。
Birnbaum最后列举的应用案例是在腔体和非共形基材上形成导电互连，使用标准商用金属膏，线宽可低至20μm，可在线激光烧结，并可根据需要与介质和金属组合。可填充小至60μm的通孔。
会议结束时，Morgan感谢演讲者极其精彩的演讲，感谢Kirsten Smit Westenberg和Tarja Rapala Virtanen策划组织了又一场精彩的活动，并感谢了所有参会的观众。
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